DESIGN, 3D MODELING AND SIMULATION OF AN AUTONOMOUS BEACH CLEANING ROBOT

Abstract

This master thesis presents the development of an autonomous beach cleaning robot using ROS (Robot Operating System), image recognition, and a special proposed robot with a robotic arm. The work objective was to create a new autonomous robot that would contribute to making the world cleaner by focusing on beach environments, which pose unique challenges in terms of terrain, robot localization, and environmental perception.The work involved integrating various tools and technologies, including AI-based image recognition and the utilization of ROS for the development of a virtual robot with a robotic arm. The development process required learning and understanding these tools.This work includes the creation of a simulated environment, composed by a beach terrain, litter objects and robot with all its components like a litter collecting tool, deposit basket and robotic arm. The dissertation proceeds with the usage of image recognition algorithms, as YOLOv7, and multiple datasets, proceeding with the ROS development, integration, and testing.The ROS framework played a crucial role in the development and integration of different components, including path planning, robotic arm control, video inference, and drive control. Several ROS packages were also developed to manage these specific functionalities.The results demonstrated the effectiveness of the system developed in a simulated environment.The work serves as a basis for future advancements in the field of autonomous cleaning robots and encourages further exploration, in particular for beach environments, and implementation in real-world scenarios.

Esta dissertação de mestrado apresenta o desenvolvimento de um robô autónomo de limpeza de praias utilizando ROS (Robot Operating System), reconhecimento de imagem e equipado de um braço robótico. O objetivo do trabalho foi criar um robô que contribuísse para tornar o mundo mais limpo, com foco em ambientes de praia, que apresentam desafios únicos em termos de terreno, localização de robôs e perceção ambiental.O trabalho envolveu a integração de várias ferramentas e tecnologias, incluindo reconhecimento de imagem baseado em IA e a utilização de ROS para o desenvolvimento de um virtual robô equipado com um braço robótico. O processo de desenvolvimento exigiu a aprendizagem e a compreensão dessas ferramentas, que não haviam sido exploradas extensivamente antes.Este trabalho inclui a criação de um ambiente simulado (ROS), em terreno de praia, lixo, sendo que o robô foi concebido com os seguintes componentes: balde para depositar o lixo, braço robótico e uma ferramenta de recolha do lixo. A dissertação prossegue com a descrição da utilização de algoritmos de reconhecimento de imagens, como o YOLOv7, e o recurso a vários datasets, seguindo com o desenvolvimento, integração e testes em ROS.A utilização do ROS desempenhou um papel crucial no desenvolvimento e integração de diferentes componentes, incluindo planeamento de trajetória, controlo do braço robótico, inferência de vídeo e controlo de navegação. Foram desenvolvidos vários pacotes ROS para lidar com essas funcionalidades específicas.Os resultados obtidos demonstraram a viabilidade da utilização do robô proposto.O trabalho serve como base para avanços futuros no campo de robôs de limpeza autónomos e incentiva mais exploração e implementação em cenários do mundo real.